JP5275947B2 - 四方切換弁 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍機器、空調機器等の可逆冷凍サイクルを利用した機器等に用いられる四方切換弁に関する。

従来、冷凍サイクルシステムの冷媒通路に四方切換弁を配置して冷媒通路を切り換え、室内の冷房と暖房とを切り換えることが行なわれている。このような四方切換弁として、特許文献１には、図７に示すような四方切換弁が提案されている。

この四方切換弁３１は、図７（ａ）に示すように、密閉中空のシリンダ状の弁本体３２を有し、弁本体３２には、圧縮機３３の吐出管に連結され、高圧の冷媒が流入する高圧管３４と、圧縮機３３の吸入管に連結され、低圧の冷媒が流出する低圧管３５と、低圧管３５を挟んで両側に配置され、熱交換機３６、３７に連結された一対の導管３８、３９とが接続される。

また、弁本体３２には、密閉空間内を往復移動するピストン４１、４２が収容され、これらピストン４１、４２は、それらの内側に位置する第１室（高圧室）４５と、外側に位置する第２室（低圧室）４６との差圧に応じて動作する。ピストン４１、４２の間には、連結板４４が架設されるとともに、鍔部４３ａを備えた椀状の弁体４３が配置される。尚、高圧室４５及び低圧室４６間の差圧は、パイロット弁４８によって制御される。

さらに、図７（ｂ）に示すように、連結板４４と弁体４３の鍔部４３ａとの間には、弁体４３を弁座４７に向けて付勢する板ばね４９が介設され、板ばね４９は、図８（ａ）に示すように、平面視矩形の環状に形成される。尚、図８（ａ）では、板ばね４９を斜線で図示している。

そして、四方切換弁３１において、図７（ａ）のように、弁体４３を左端に摺動させた場合には、弁体４３の外側で高圧管３４と右側の導管３９を連通させつつ、弁体４３の内側で低圧管３５と左側の導管３８を連通させることができ、逆に、弁体４３を右端に摺動させた場合には、高圧管３４を左側の導管３８と、低圧管３５を右側の導管３９と連通させることができる。

特開平１０−１２２３９５号公報

しかし、上記従来の四方切換弁３１では、図８（ａ）に示すように、弁体４３の長手側の側部４３ｃにおいて、鍔部４３ａの幅ｄ１が板ばね４９の幅ｄ２より小さいため、図８（ｂ）に示すように、板ばね４９の外周端が鍔部４３ａの外周端より外側に突出した状態となる。

この場合、高圧管３４からの冷媒の流れ（矢印Ｊ）を板ばね４９の突出部分で受けてしまい、板ばね４９が部分的に押し下げられるようになる。また、四方切換弁３１を交換した直後に冷媒を流すと、弁体４３の下面を通って低圧管３５から弁本体３２の内部へ一時的に冷媒が流れ込む（矢印Ｋ）ことがあるが、この場合も、低圧管３５からの冷媒の流れを板ばね４９の突出部分で受けてしまい、板ばね４９が部分的に押し上げられるようになる。

これらの結果、板ばね４９が弁本体３２の内部で上下に振動するようになり、板ばね４９に変形や破損が生じたり、板ばね４９の破片が冷媒流路に流れ込んで四方切換弁３１や冷凍サイクルシステムの作動不良や故障を招く虞がある。

そこで、本発明は、上記従来の四方切換弁における問題点に鑑みてなされたものであって、弁本体の内部で板ばねが上下に振動するのを回避し、板ばねの変形や破損に起因する作動不良等を防止することが可能な四方切換弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、密閉空間を有する弁本体と、該弁本体に接続された高圧管、低圧管及び一対の導管と、前記低圧管及び一対の導管の各々に連通する接続口が設けられた弁座と、前記密閉空間内を往復移動する一対のピストンと、該ピストン間に架設された連結板と、鍔部を有する椀状に形成され、前記弁座上を摺動する弁体と、前記連結板と前記鍔部の間に介設され、前記弁体を前記弁座に向けて付勢する板ばねとを備え、前記弁体を摺動させることにより、前記高圧管、低圧管及び一対の導管の連通状態が切り換えられる四方切換弁であって、前記弁体の長手側の側部において、前記鍔部の幅が前記板ばねの幅以上であり、該鍔部の外周端が、該板ばねの外周端と面一又は該板ばねの外周端より外側に位置することを特徴とする。

そして、本発明によれば、弁体の鍔部の外周端が板ばねの外周端と面一又は板ばねの外周端より外側に位置するため、弁本体の内部で板ばねが流体の流れを受けて上下に振動するのを回避することができ、板ばねの変形や破損に起因する作動不良等を防止することが可能になる。

上記四方切換弁において、前記弁体の鍔部に、前記板ばねの横滑りを防止する移動防止部材を備えることができる。これによれば、板ばねの変形や破損をより好適に防止し得るとともに、板ばねの脱落を防止することが可能になる。また、結果的に鍔部の幅を小さくすることもでき、弁体の小型化を図ることが可能になる。

上記四方切換弁において、前記板ばねの四隅部に設けられた複数の切欠きと、前記弁体の鍔部に設けられ、前記複数の切欠きと係合する複数の突起とを備えることができ、これにより、鍔部上での板ばねの横滑りを適切に防止することが可能になる。

上記四方切換弁において、前記鍔部の外周面を前記弁本体の内壁面に沿う曲面状に形成することができる。

上記四方切換弁において、該四方切換弁を、冷凍サイクルシステムの冷媒通路を切り換えるために用い、前記高圧管に圧縮機の吐出管を接続し、前記低圧管に該圧縮機の吸入管を接続することができる。

以上のように、本発明によれば、弁本体の内部で板ばねが上下に振動するのを回避し、板ばねの変形や破損に起因する作動不良等を防止することが可能になる。

本発明にかかる四方切換弁の第１の実施形態を示す部分断面図である。 図１の板ばね及び弁体の上面図である。 （ａ）は、図１のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は、（ａ）のＥ部分の拡大図である。 本発明にかかる四方切換弁の第２の実施形態を示す部分断面図である。 （ａ）は、図４の板ばね及び弁体の上面図、（ｂ）は、（ａ）のＦ部分の拡大図である。 図４のＧ−Ｇ線断面図である。 （ａ）は、従来の四方切換弁の一例を示す断面図、（ｂ）は、（ａ）の拡大図である。 （ａ）は、図７（ｂ）の板ばね及び弁体の上面図、（ｂ）は、図７（ｂ）のＨ−Ｈ線断面図である。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明においては、本発明にかかる四方切換弁を冷凍サイクルの冷媒通路の切り換えに用いた場合を例にとって説明する。

図１は、本発明にかかる四方切換弁の第１の実施形態を示し、この四方切換弁１は、図７に示した四方切換弁３１と同様の基本構成を備え、密閉中空のシリンダ状の弁本体２を有する。

弁本体２には、圧縮機（不図示）の吐出管に連結され、高圧の冷媒が流入する高圧管３と、圧縮機の吸入管に連結され、低圧の冷媒が流出する低圧管４と、低圧管４を挟んで両側に配置され、熱交換機（不図示）に連結された一対の導管５、６とが接続される。低圧管４及び導管５、６上には、各管４〜６の接続口７、８、９が穿設された弁座１０が配置される。尚、接続口７〜９は、同一の開口径を有する。

また、弁本体２には、密閉空間２ａ内を往復移動するピストン（不図示）が収容され、これらピストンの間には、連結板１５が架設されるとともに、椀状の弁体１６が配置される。弁体１６は、内側に冷媒の流通空間を形成する膨出部１６ａと、膨出部１６ａを囲繞するように形成された環状の鍔部１６ｂとで構成される。弁体１６の膨出部１６ａは、連結板１５に穿設された孔１５ａ（図３（ａ）参照）に嵌入され、弁体１６は、ピストン及び連結板１５の移動に伴って弁座１０上を摺動する。

さらに、連結板１５と弁体１６の鍔部１６ｂとの間には、弁体１６を弁座１０に向けて付勢する板ばね１７が介設され、板ばね１７により、弁本体２内の高圧室と弁体１６の内側空間との気密性が保たれる。板ばね１７は、図２に示すように、平面視矩形の環状に形成され、その裏面の一部で弁体１６の鍔部１６ｂと接する。尚、図２では、板ばね１７を斜線で図示している。

本実施の形態では、従来の四方切換弁３１に比して鍔部１６ｂの大きさが拡大され、弁体１６の長手側の側部１６ｃにおいて、鍔部１６ｂの幅Ｄ１が板ばね１７の幅Ｄ２より大きくなるように構成される。このため、図３（ａ）に示すように、鍔部１６ｂの外周端が板ばね１７の外周端より外側に位置し、板ばね１７の全体が鍔部１６ｂの上面内に収まる。

従って、図３（ｂ）に示すように、高圧管３から低圧管４に冷媒が流れる（矢印Ｃ）際に、冷媒の流れを板ばね１７で受けることがあっても、板ばね１７の全体を弁体１６の鍔部１６ｂで支えることができる。また、低圧管４から弁本体２の内部へ冷媒が流れ込んだ（矢印Ｄ）場合には、鍔部１６ｂが板ばね１７を保護する防護壁として機能するため、板ばね１７が冷媒の流れを受けることがない。このため、弁本体２の内部で板ばね１７が上下に振動することがなく、板ばね１７の変形や破損に起因する作動不良等を防止することが可能になる。

尚、鍔部１６ｂの幅Ｄ１を単純に拡げてしまうと、鍔部１６ｂが弁本体２の内壁面に接触する虞があるため、図３（ａ）に示すように、鍔部１６ｂと弁本体２の内壁面２ｂの間に所定の隙間を確保すべく、鍔部１６ｂの下部側の外周面（内壁面２ｂと対向する面）１６ｅを内壁面２ｂに沿う曲面で構成する。

その際、図３（ｃ）に示すように、鍔部１６ｂの曲率半径Ｒ２を弁本体２の内壁面２ｂの曲率半径Ｒ１以下（Ｒ２≦Ｒ１）とし、鍔部１６ｂの下端及び内壁面２ｂの隙間ａと、鍔部１６ｂの外周面１６ｅ及び内壁面２ｂの隙間ａ’とを略々等しくすることが好ましい。この場合、低圧管４からの冷媒の流れ（図３（ｂ）の矢印Ｄ）が生じて外周面１６ｅと内壁面２ｂの間を冷媒が通過する際に、冷媒が流れる通路の断面積が同一で流量の減少がないため、弁体１６の内圧が上昇するのを防ぐことができる。

次に、本発明にかかる四方切換弁の第２の実施形態について、図４〜図６を参照しながら説明する。尚、これらの図において、図１〜図３と同一の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態にかかる四方切換弁２０においては、図５に示すように、板ばね２１の四隅部に所定の幅を有する切欠き２１ａが形成され、それら切欠き２１ａと係合するように、弁体１６の鍔部１６ｂに複数の突起２２が設けられる。これら突起２２は、板ばね２１の動きを規制する移動防止部材として機能し、鍔部１６ｂ上で板ばね２１が横滑りするのを防止する。

このため、四方切換弁２０の作動途中で板ばね２１に横方向の押圧力が加わったとしても、板ばね２１の位置が、弁体１６の摺動方向（図５（ａ）のＸ方向）や、その直交方向（Ｙ方向）にずれることがない。これにより、板ばね２１の変形や破損をより好適に防止することが可能になり、また、板ばね２１の脱落を防止することも可能になる。

さらに、図５（ａ）に示す隙間Ｄ３（板ばね２１の内周側面と膨出部１６ａの外周側面との隙間）と、図５（ｂ）に示す隙間Ｄ４（突起２２と切欠き２１ａの隙間）との関係をＤ３＞Ｄ４とすることで、第１の実施形態よりも弁体１６の鍔部１６ｂの幅Ｄ１を小さくすることができ、弁体１６の小型化を図ることが可能になる。

尚、上記実施の形態においては、本発明にかかる四方切換弁を冷凍サイクルの冷媒通路の切り換えに用いた場合を例示したが、本発明にかかる四方切換弁をその他の用途にも利用できることは勿論である。

また、上記実施の形態においては、弁体１６の鍔部１６ｂの幅Ｄ１を板ばね１７、２１の幅Ｄ２より大きくした場合を例示したが、鍔部１６ｂの幅Ｄ１を板ばね１７、２１の幅Ｄ２以上とし、鍔部１６ｂの外周端が、板ばね１７、２１の外周端と面一又は板ばね１７、２１の外周端より外側に位置するように構成してもよい。

１ 四方切換弁
２ 弁本体
２ａ 密閉空間
２ｂ 内壁面
３ 高圧管
４ 低圧管
５、６ 導管
７、８、９ 接続口
１０ 弁座
１５ 連結板
１６ 弁体
１６ａ 膨出部
１６ｂ 鍔部
１６ｃ 長手側の側部
１６ｅ 外周面
１７ 板ばね
２０ 四方切換弁
２１ 板ばね
２１ａ 切欠き
２２ 突起

Claims (5)

1. 密閉空間を有する弁本体と、該弁本体に接続された高圧管、低圧管及び一対の導管と、前記低圧管及び一対の導管の各々に連通する接続口が設けられた弁座と、前記密閉空間内を往復移動する一対のピストンと、該ピストン間に架設された連結板と、鍔部を有する椀状に形成され、前記弁座上を摺動する弁体と、前記連結板と前記鍔部の間に介設され、前記弁体を前記弁座に向けて付勢する板ばねとを備え、前記弁体を摺動させることにより、前記高圧管、低圧管及び一対の導管の連通状態が切り換えられる四方切換弁であって、
   前記弁体の長手側の側部において、前記鍔部の幅が前記板ばねの幅以上であり、該鍔部の外周端が、該板ばねの外周端と面一又は該板ばねの外周端より外側に位置することを特徴とする四方切換弁。
2. 前記弁体の鍔部に、前記板ばねの横滑りを防止する移動防止部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の四方切換弁。
3. 前記板ばねの四隅部に設けられた複数の切欠きと、前記弁体の鍔部に設けられ、前記複数の切欠きと係合する複数の突起とを備えることを特徴とする請求項２に記載の四方切換弁。
4. 前記鍔部の外周面を前記弁本体の内壁面に沿う曲面状に形成したことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の四方切換弁。
5. 該四方切換弁は、冷凍サイクルシステムの冷媒通路を切り換えるために用いられ、前記高圧管に圧縮機の吐出管が接続され、前記低圧管に該圧縮機の吸入管が接続されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の四方切換弁。

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